Hayrettin Köymen*, M.Serhat Özyar, Nevzat G.Gençer, Tugan Müftüler, M. Cem Şakı
ODTÜ, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, 'Bilkent Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü,
Kısa Tarihçe
O
RTA DOĞU Teknik Üniversi-tesi'nde biyomedikal mühen-disliği çalışmaları, üniversite-lerde uygulamalı bilimlerin teknolojiden ve toplumdan kopuk ol-duğu eleştirilerinin en yoğunlaştığı döneme rastlar. ODTÜ'de bu alanda ilk yüksek lisans dersleri 1974 yılında verilmeye başlanmış ve her geçen yıl öğrencilerin artan bir ilgi ile izlediği dersler olarak devam etmiştir. O dö-nemde Elektrik Mühendisliği Bölüm Başkanlığı'nı da yapan Prof. Dr. Halil Bengi ile Doç. Dr. Cahit Gürkök ve Doç. Dr. Halil Özcan Gülçür, bu pro-gramı düzenli olarak sürdürmüşlerdir.Bu süreç içerisinde fizyolojik para-metrelerin ölçümünün yapılabildiği bir laboratuvar kurulmuştur. ODTÜ Elektrik Mühendisliği Bölümü'nde, bi-yomedikal mühendisliği gibi çok geniş spektrumu olan bir alanda
"Fizyolojik sinyaller: algılama ve işle-me" ve "Görüntüleme sistemleri"
alanlarında uzmanlaşma için ilk adımlar bu şekilde atılmıştır.
(ODTÜ'deki çalışmaların bu ilk döne-mi ile ilgili ayrıntılı bilgi için Prof. Dr.
Y. Ziya ider'in Elektrik Mühendisliği dergisindeki makalesine1 bakılabilir).
1980'lere gelindiğinde, hızla ilerleyen tıp teknolojisi, ülkemizde sağlık sek-törünün teknoloji ile uyum sağlaya-mama özelliğini tüm çıplaklığıyla or-taya çıkardı. Tıbbi aygıt yatırımlarının
% 70'ine varan kısmının atıl kalması bu dönemlere rastlamaktadır. Bu so-runları kendi kurumu içerisinde somut çözümlere ulaştırma çabasını, ilk defa, Türkiye Yüksek ihtisas Has-tanesi (TYİH) Başhekimi Dr. Kemal Beyazıt gösterdi. Mevcut ve ulaşıla-bilir teknolojinin doğru ve etkin kulla-nımı için TYİH'de bir "Klinik Mühen-disliği Merkezi" kurmak üzere çeşitli girişimlerde bulunduktan sonra, 1981 yılında ODTÜ ile TYİH arasında bir protokol imzalandı. Protokolün süresi bir yıldı ve karşılıklı yükümlülükleri belirliyordu. Ülkemizde ilk örneği ol-ması nedeniyle çok önemli bir belge olduğu tartışılmaz olan bu protokol ile bir yıl içerisinde her türlü bozukluğun düzelmesi doğal olarak mümkün de-ğildi. Bir yılın sonunda Sağlık Bakan-lığı'nın isteği ile bu çalışma sonlandı-rıldı ve sözleşme uzatılmadı. Sekiz aylık bir aradan sonra 1 Eylül 1983'te yeniden imzalanan bir proje anlaş-ması ile TYİH'de Tıbbi Aygıtlar Bakım 390- E L E K T R İ K 0 £ 0 M Ü H E N D İ S L İ Ğ İ O D O
TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Bilgi Belge Merkezi Yayınlanmış Makaleler Kataloğu Kayıt No:231
Onarım Merkezi (TABOM) yeniden hayata geçirildi.
Bu dönemlerde ODTÜ Elektrik Mü-hendisliği Bölümü Başkanlığını yapan Prof. Dr. Özay Oral'ın biyome-dikal mühendisliğine en üst düzeyde önem vermesi, daha sonraki geliş-meleri belirleyici bir tutum olmuştur.
Dr. Ziya ider ve Dr. Hayrettin Köymen tarafından yönetilmekte olan yeni projenin ana özellikleri üç madde ha-linde özetlenebilir:
(1) TABOM TYİH'nin tüm tıbbi elek-tronik ve elektromekanik aygıt altya-pısının bakım, onarım ve kalibrasyo-nunu üstlenmekteydi.
(2) TABOM nitelikli mühendis perso-nelin görevlendirilmesi için parasal esnekliği sağlamakta ve sözleşmeli personel kullanımını olası kılmaktay-dı.
(3) Tıbbi aygıt alımlarında teknik şartname hazırlama işleri bilgili teknik personelin sorumluluğuna bırakıl-maktaydı.
Bu sözleşme ile başlayan TABOM'un yeni yaşantısı 1 Eylül 1990 tarihine kadar kesintisiz devam etti. Klinik mühendisliğinde profesyonel kadro-ların ne kadar önemli olduğu ortaya çıktı. TABOM'dan yetişen üst düzey-de bilgi ve beceri sahibi mühendisler şu anda sağlık sektörünün önde gelen kurumlarında en etkin göre-vlerde bulunmaktadırlar.
TABOM, ODTÜ'nün klinik mühendis-liği alanında büyük bir birikime ulaş-masına olanak tanıdı. Bu çerçevede üstyapı finansmanı sağlanırken, bir yandan da 1984 yılında DPT'den alı-nan 39 milyon TL tutarında bir yatırım projesi kanalıyla ODTÜ'nün
Biyome-dikal Mühendisliği Laboratuvarları çağdaş bir düzeye getirildi. Aynı yıl ingiltere'deki Sheffield Üniversitesi Klinik Mühendisliği Bölümü ile, ingiliz Kültür Heyeti'nin (British Council) desteklediği bir işbirliği anlaşması yapıldı. Bu çerçevede karşılıklı araş-tırma öğrencisi ve öğretim üyesi de-ğişimi yapıldı.
1986 yılında Birleşmiş Milletler tara-fından desteklenen ve iki yıl süreli bir proje ile Biyomedikal Mühendisliği Laboratuvarları ve özellikle bilgisayar altyapısı geliştirildi. Yine bu proje çerçevesinde birimin dış ilişkileri des-teklendi ve öğrencilerin ABD'de dok-tora yapmaları sağlandı.
1988 yılında aynı kaynaktan sağla-nan destek ile ODTÜ'de bir manyetik rezonans görüntüleme sistemi tasar-landı ve geliştirildi. Bu proje aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
ODTÜ Biyomedikal Mühendisliği La-boratuvarları'nda halen aşağıdaki alanlarda çalışmalar yoğun olarak sürmektedir:
(1) Kardiyak Elektrofizyoloji (2) Kalp Kapak Sesleri Analizi (3) Elektriksel Empedans
Tomografi-si
(4) Yüksek Şiddetli Ultrasonik Dalga-ların Terapi Amacıyla Kullanılma-sı (Hyperthermia)
(5) Manyetik Rezonans Görüntüle-me
Beş başlık altında toplanan bu çalış-maların özet olarak içerikleri ise şöyle sıralanabilir.
(1) Kardiyak Elektrofizyoloji ODTÜ Biyomedikal Mühendisliği La-boratuvarlarfnda yürütülen kardiyak elektrofizyolojisi çalışmaları, araştır-maları yürütebilmek için bir elektro-kardiyogram (EKG) aygıtı bulundur-ma gereksiniminin ortaya çıkbulundur-masıyla başlamıştır. Bu amaca uygun olarak, laboratuvarların bilgisayar olanakları gözönüne alınarak, mevcut kişisel bilgisayarların donanımı içerisine (genişleme soketine) özel amaçlı bir A/D kart takılması yoluyla EKG aygıtı elde edilmesi planlandı ve kısa zaman içerisinde gerçekleştirildi2. Böyle bir yöntem, bilgisayarın sun-duğu olanaklardan yararlanmak için.
varolan EKG aygıtları içerisine mi-kroişlemcilerin yerleştirilmesi yoluyla elde edilen "bilgisayarlı EKG aygıtla-rı"ndan farklı ucuz bir yol sunuyordu.
Nitekim, araştırma olanaklarının ve-rimli kullanılması amacından hareke-tle geliştirilen ve IBM uyumlu tüm ki-şisel bilgisayarlara takılabilecek böyle bir EKG kartı, günümüzde özgün bir tasarım olarak ticari kana-llardan pazarlanmakta, ülkemizdeki kişisel bilgisayara sahip yüzü aşkın sağlık kurumunda yıllardır kullanıl-masının yanısıra, Batı Avrupa'da da ikiyüzden fazla birimde hizmet ver-mektedir.
EKG donanımı kapsamındaki kişisel bilgisayar tabanlı (PC-based) bu EKG kartı tasarımı çalışmalarının yanısıra, ODTÜ Biyomedikal Mühen-disliği Laboratuvarlarfnda Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Kardiyoloji Bölümü ile birlikte, vücut yüzeyinden kaydedilen elektrokardiyak sinyalle-rin elektrik mühendisliğinde yaygın olarak bilinen sinyal işleme yöntem-leri kullanılarak işlenmesi yoluyla kalp aritmilerinin (ritim bozukluklarının) tanısına yönelik kriter geliştirilmesi çalışmaları sürdürülmektedir.
EKG sinyallerinin yüksek kazançla kaydedildikten sonra sinyal averajla-ma, süzme, Fourier Dönüşümü'nü hesaplama (FFT) gibi mühendislik teknikleri kullanılarak işlenmesine Yüksek Rezolüsyonlu EKG (YR-EKG) adı verilmektedir. YR-EKG son onbeş yılda özellikle His potansiye-llerinin ve geç potansiyellerin (late potentials) analizinde uygulama alanı bulmuştur. Geç potansiyellerin anali-zi enfarktüs geçiren hastalarda, en-farktüs sonrası ventrikül taşıkardisi oluşma riskini belirlemesi açısından
364
390 - E L E K T R İ K M Ü H E N D İ S L İ Ğ İTMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Bilgi Belge Merkezi Yayınlanmış Makaleler Kataloğu Kayıt No:231
L
T EKG Sisteminin Sembolik Gösterimi ODTÜ Biyomedikal Mühendisliği Laboratuvarlarında
Gerçekleştirilen EKG Kartının Devre Blok Diyagramı önem taşımaktadır. Bu
çalışma-lara paralel oçalışma-larak ayrıca P dal-galarının yüksek rezolüsyonlu analizi de gerçekleştirilmekte ve Paroksismal Atriyal Fibrilasyon (PAF) hastalarının vücut yüze-yinden tanısına yönelik olarak kriter geliştirilmesine çalışılmak-tadır 3,4,5.
YR-EKG çalışmalarında kullanı-lan matematiksel işlemlerin ve-rimli ve hızlı bir şekilde gerçe-kleştirilmesi için hızlı ve yüksek kapasiteli kişisel bilgisayarlara gereksinim vardır. Bu amaçla TÜBİ-TAK tarafından desteklenen "YR-EKG Projesi" kapsamında Biyomedi-kal Mühendisliği Araştırma Laboratu-varları'nın bilgisayar altyapısı gelişti-rilmiştir. Aynı proje kapsamında fiber optik teknolojisinden yararlanarak hasta yatağına taşınabilir bir kayıt aygıtı yapılması tasarlanmaktadır.
Kardiyak elektrofizyoloji başlığı altın-daki bir başka araştırma da anne karnındaki bebeğin (fetus) EKG yalini (fetal ECG) annenin EKG sin-yalinden ayıracak bilgisayarlı bir sis-tem için donanım ve yazılım geliştirme çalışmalarıdır6.
YR-EKG ve F-EKG çalışmalarında da yukarıda tanımlanan EKG kartının takılı bulunduğu IBM uyumlu kişisel bilgisayar tabanlı sistemler kullanıl-maktadır.
(2) Kalp Kapak Sesleri Analizi Kalp kapağı hastalarının izlenmesin-de en eski yöntemlerizlenmesin-den birisi kapak seslerinin dinlenmesidir. Doğası ge-reği, başarısı sübjektif yargıya ve kli-nik deneyime dayanan bu yöntemin, daha ayrıntılı ve daha tekrarlanabilir sonuçlar verebilmesi için, ses
analiz-lerinin bilgisayar kullanılarak yapıl-ması özellikle 1980'den başlayarak ilgi çeken bir konu olmuştur.
Kalp kapak seslerinin modellenerek uygun sinyal işleme yöntemleriyle analiz edilmesi, ODTÜ Biyomedikal Mühendisliği Laboratuvarları'nda 1984 yılından beri sürdürülmekte olan bir araştırmadır. Kapak sesleri-nin sönümlü sinüzoidler olarak mo-dellendikten sonra buna uygun te-krarlamalı (iterative) yöntemler ile bileşen sinüzoid değişkenlerinin be-lirlenmesi alanında önemli bulgular elde edilmiştir7'8. ODTÜ'deki ekip, bu alanda dünyanın önde gelen birkaç araştırma grubundan birisidir.
(3) Elektriksel Empedans Tomografisi
Tıbbi görüntüleme sistemleri, insan vücudundaki dokuların değişik fizik-sel özelliklerinin belirli bir kesit üze-rindeki dağılımını görüntülemektedir.
Görüntülenen özelliğin farklı organ dokularında farklı sayısal değere sahip olması ile organ tanımı
yapıla-Kişisel Bilgisayar Tabanlı EKG Sistemi Seması bilmektedir. Sağlıksız bir doku-nun sağlıklıya oranla farklı de-ğerlere dönüşmesi ile de sağlık-sız bölgenin yeri ve büyüklüğü konusunda bilgi edinilmektedir.
Her görüntüleme sistemi vücu-dun farklı bir özelliğini görüntü-lediğinden biri diğeri için ek bir bilgi oluşturmaktadır.
Son on yıl içerisinde yeni bir görüntüleme yöntemi üzerinde çok sayıda araştırmacı çalışma-j lar yapmaktadır. Elektriksel Em-pedans Tomografisi adı verilen bu yöntemde, vücudun belirli bir ke-sidindeki elektriksel iletkenlik dağılı-mının görüntülenmesine çalışılmak-tadır. Bu amaçla, görüntülenmesi istenen kesidin çevresine eşit aralı-klarla bir dizi elektrod (genelde 16, 32, 64 veya 128) yerleştirilmekte ve çoğunlukla ardışık bir elektrod çiftin-den 50 kHz-1 mA'lik akım uygulan-maktadır. Uygulanan akımın ortam-daki elektriksel iletkenlik dağılımı iletkileşimi sonucu kesit yüzeyinde belirli bir potansiyel dağılımı oluş-maktadır. Akım uygulanan elektrod çifti dışındaki diğer ardışık elektrod çiftlerinden potansiyel farkı verisi öl-çülmekte ve akım uygulama çifti de-ğiştirilerek elektrod sayısına bağlı olarak belirli sayıda (104, 464, 1952 veya 8000) bağımsız ölçüm elde edilmektedir 9. Bu ölçüm seti kullanı-larak değişik görüntüleme algoritma-ları ile kesitteki elektriksel iletkenlik dağılımının görüntülenmesine çalışıl-maktadır.
Elektriksel Empedans Tomografi-si'nin klinik amaçlı kullanılabilmesi için araştırma grupları genelde iki ana konu üzerinde çalışmaktadırlar. Bun-lardan ilki, görüntü oluşturulabilmesi
M Ü H E N D İ S L İ Ğ İ